P波段瞬态极化雷达系统T/R组件设计

1 引言

瞬态极化新体制雷达对于提高雷达系统在复杂战场环境中的探测性能和感知能力以及在抗干扰、反隐身、反低空突防等方面具有极其重要的军事价值。其主要功能是探测雷达目标的极化散射特性，同时测得目标的极化散射矩阵的4个参数，避免了传统的分时极化测量体制固有的测量精度差、补偿校准复杂的缺陷，因而为准确测量运动目标的极化散射矩阵提供了技术保证。

2 T/R组件介绍

T/R组件是瞬态极化雷达射频电路系统的重要组成部分，其主要完成发射功率放大、收发隔离和接收低噪声放大等功能。如图1所示，来自上变频组件的射频信号经过功率放大器放大后，由环行器输出至天馈系统，接收到的信号由环行器送至限幅器，经接收开关、滤波器和低噪声放大器放大后送至下变频组件。本文将重点介绍功率放大器高速开关、限幅器、接收开关、接收预选滤波器和低噪声放大器的设计过程。

图1 T/R组件结构示意图

3 T/R组件设计

3.1 功率放大器电源高速开关设计

接收期间，天线接收的信号经环行器进入接收链路，同时被功率放大器放大的噪声和本振信号也会耦合到接收链路，比较而言，耦合到接收通道的噪声和本振信号可能比有用信号还要大，以至于将有用信号淹没，甚至造成接收机阻塞。为解决这一问题，在接收期间将功率放大器的电源切断。切断功率放大器的控制信号取自收发切换控制信号。系统的重频较高，因此功率放大器电源关断和接通的速度也要比较高。采用场效应开关管作为功率放大器电源的开关。

图2为功率放大器电源开关结构框图，控制信号(TTL电平)经高速比较器整形为低电平接近0V，高电平接近34V的驱动信号送至场效应管的栅极，当驱动信号为0V时，场效应管截止，功率放大器的电源被切断，当驱动信号为34V时，场效应管导通，功率放大器的电源被接通。

图2 功率放大器电源开关结构框图

3.2 限幅器设计

限幅器常用在接收设备的前级，对超过门限的大功率输入信号限幅，起到保护后级敏感电路和器件的作用。限幅器一般由输入端口和输出端口上的隔直流电容器和集成式二极管限幅器电路组成。集成电路包含着透过50传输线并联的平面掺杂阻挡层(PDB)或Schottky二极管。限幅器在低输入电平时有很低的插入损耗和线性特性，可提供对瞬态或短时间过载的保护。本文采用Agilent公司提供的HSMP2822的串联型二极管对来用做限幅器，图3(a)是二极管对的结构，(b)是构成限幅器的安装方式，(c)为限幅器的等效电路图。

3.2 高速接收开关设计

发射机在发送脉冲期间，功率放大器输出的大部分能量通过环行器馈入天线，因为环形器隔离的两个端口之间的隔离度约为25dB，所以仍有少部分能量耦合到环形器接收输出端口，天线不是理想匹配会导致耦合到环行器接收输出端口的能量加大，这部分能量经过接收通道前面的限幅器时被衰减到不损坏后面电路的水平，但是衰减后的信号电平仍足以让低噪声放大器等后级有源电路进入深度饱和状态，电路从深度饱和状态恢复到正常工作状态需要一定的时间，这个时间称为饱和恢复时间。饱和恢复时间会增加雷达的盲距。按照设计要求，发射期间收发隔离度需要大于90dB。环行器在天线良好匹配的情况下，隔离端口之间的隔离度为25dB，考虑到天线的轻微失配，环形器的隔离度仅能按照20dB考虑。因此接收开关的通断比应该超过70dB。

图3 欧姆阻抗端接限幅器原理图

接收开关的速度会影响到雷达探测的盲距，因此应该选择高速射频开关作为接收开关。选用ADG901作为制作接收开关的开关元件，它的输入输出口都是连接50负载到地的。为了达到设计的要求，采用两片ADG901串联的方式来提高隔离度。单片ADG901的插损在本系统工作的频段内约有0.5dB的插损，两片串联则有约1dB的插损。实际制作的接收开关的隔离度除跟芯片的特性有关外，还跟布线和屏蔽腔体的尺寸有关。两片ADG901串联做成的接收开关实测的隔离度为73dB，插损1.1dB，达到了设计的要求。图4为接收开关和限幅器的实物图。

图4 高速接收开关和限幅器实物

3.3 接收预选滤波器设计

为了得到性能较好的接收机前端，滤除接收机中的各种干扰信号，保留有用信号，必须在接收机前端适合的地方放置滤波器，尤其是放置于系统第一级的预选滤波器，它的性能好坏直接影响了整个接收机射频前端的噪声系数。必须将预选滤波器的损耗降至最低，同时还必须使其具有系统所需要的选择特性。实际选用的是1类陶瓷电容滤波器，图5是双通道预选滤波器的测试结果，可看出